一种基于电容自充电的电流注入式直流断路器及开断方法技术

公开了一种基于电容自充电的电流注入式直流断路器及开断方法，直流断路器由高速开关模块、磁耦合转移模块MICCM、晶闸管模块VT1和VT2、电感L0、转移电容C和金属氧化物避雷器MOV组成，磁耦合转移模块MICCM由原边线圈L2、副边线圈L1、电容C1、晶闸管组件VT3组成，副边线圈L1连接在连接点4和连接点5之间，原边线圈L2连接在连接点6和连接点7之间，连接在连接点6和连接点7之间的电容C1及晶闸管组件VT3串联后与原边线圈L2并联形成回路，连接点1和连接点4之间的晶闸管模块VT1为两组晶闸管反并联结构，连接点3和连接点5之间的晶闸管模块VT2为两组晶闸管反并联结构。

A Current Injection DC Circuit Breaker Based on Capacitor Self-Charging and Its Interruption Method

A current injection DC circuit breaker based on capacitor self-charging and its interruption method are disclosed. The DC circuit breaker consists of high speed switch module, magnetic coupling transfer module MICCM, thyristor module VT1 and VT2, inductance L0, transfer capacitor C and MOV of metal oxide arrester. The magnetic coupling transfer module MICCM consists of primary side coil L2 and secondary side coil L2. Coil L1, capacitor C1 and thyristor component VT3 are composed of secondary coil L1 connected between connection point 4 and connection point 5, primary coil L2 connected between connection point 6 and connection point 7, capacitor C1 and thyristor component VT3 connected in series and parallel with primary coil L2 to form a circuit, connection point 1 and connection point 4. The thyristor module VT1 between them is two groups of thyristor reverse parallel structure, and the thyristor module VT2 between connection point 3 and connection point 5 is two groups of thyristor reverse parallel structure.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容自充电的电流注入式直流断路器及开断方法
本专利技术涉及中高压直流断路器领域，特别涉及一种基于电容自充电的电流注入式直流断路器及开断方法。
技术介绍
发展直流电网对大规模电能的远距离输送、可再生分布式能源接入、提高电能稳定性具有重大的意义。作为直流电网的关键组成部分，直流断路器起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流、转换系统运行方式以及切断故障电流对系统实行保护等重要作用，是建设直流电网的重要设备之一。近年来随着高压直流输电网以及直流配电系统提出，中高压直流断路器以及其相应的开断方法研究也受到了国内外越来越多的关注。电流注入式直流断路器凭借其额定损耗小、开断容量大、开断迅速、造价成本低等优势，获得了越来越多的关注和研究。然而，目前电流注入式直流断路器的转移电容大多需要预充电，且为了实现严苛短路工况下的分断，充电电压较高，对于辅助充电回路及电源的要求高，对转移电容的寿命和断路器的寿命也造成了不可忽视的影响。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于电容自充电的电流注入式断路器。本专利技术提出的直流断路器通过将系统电感的一部分L0放入直流断路器内部，在不增加系统电感的前提下可以实现在短路电流上升情况下的转移电容C快速自储能，继而实现高速机械开关电流的可靠转移。由于转移电容C不需要预充电，降低了辅助电源回路设计要求和成本；此外，本专利技术所提出的直流断路器通过磁耦合模块分断额定电流及小电流，由于额定电流极小电流峰值小，对磁耦合模块转移的耐压等技术要求大大降低，可靠性高。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。本专利技术的一方面，一种基于电容自充电的电流注入式直流断路器，所述直流断路器由高速开关模块、磁耦合转移模块MICCM、晶闸管模块VT1和VT2、电感L0、转移电容C和金属氧化物避雷器MOV组成，其特征在于：连接在连接点2和连接点3之间的高速开关模块由多个高速开关串联组成，磁耦合转移模块MICCM由原边线圈L2、副边线圈L1、电容C1、晶闸管组件VT3组成，其中，副边线圈L1连接在连接点4和连接点5之间，原边线圈L2连接在连接点6和连接点7之间，连接在连接点6和连接点7之间的电容C1及晶闸管组件VT3串联后与原边线圈L2并联形成回路，连接在连接点1和连接点4之间的晶闸管模块VT1为两组晶闸管反并联结构，连接在连接点3和连接点5之间的晶闸管模块VT2为两组晶闸管反并联结构，连接在连接点1和连接点4之间的所述电感L0将一部分系统电感放在直流断路器内部，转移电容C连接在连接点2和连接点4之间，金属氧化物避雷器MOV连接在连接点2和连接点3之间。在所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器中，所述高速开关为基于电磁斥力机构的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于永磁机构的高速机械开关。在所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器中，晶闸管模块VT1替换为真空触发间隙。在所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器中，晶闸管模块VT2替换为真空触发间隙。在所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器中，原边线圈L2连接桥式电路。在所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器中，所述桥式电路由晶闸管组件VT3、晶闸管组件VT4、二极管VD1、二极管VD2和电容C1共同组成。在所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器中，连接在连接点2和连接点3之间的高速开关模块由三个高速开关串联组成。在所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器中，晶闸管模块VT1和晶闸管模块VT2均替换为真空触发间隙。根据本专利技术另一方面，一种所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器短路故障电流的开断方法包括以下步骤：在第一步骤中，正常通流状态下，高速开关模块处于导通状态，晶闸管模块VT1、晶闸管模块VT2、晶闸管组件VT3均处于关断状态，系统电流从电感L0和高速开关模块流过；在第二步骤中，当系统发生短路故障时，系统电流快速上升，电感L0两端迅速感应出电动势，此时导通晶闸管模块VT1，则电感L0的感应电动势给转移电容C充电，充电结束后晶闸管模块VT1截止，转移电容C带有一定电压；在第三步骤中，在晶闸管组件VT1截止且转移电容C的充电完成后，导通晶闸管模块VT2，转移电容C通过向副边线圈L1放电，产生震荡电流，将流经高速开关的短路故障电流转移由转移电容C、副边线圈L1和晶闸管模块VT2组成的转移支路，全部转移完成后，控制高速开关模块分断，在第四步骤中，随着系统不断地给电容C充电，达到金属氧化物避雷器MOV的导通电压后，金属氧化物避雷器MOV导通，电流迅速转移至金属氧化物避雷器MOV，晶闸管模块VT2截止，系统电流迅速下降至零，开断结束。根据本专利技术又一方面，一种所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器额定电流及小电流的开断方法包括以下步骤：在第一步骤中，正常通流状态下，高速开关模块处于导通状态，晶闸管模块VT1、晶闸管模块VT2、晶闸管组件VT3均处于关断状态，系统电流从电感L0和高速开关模块流过；在第二步骤中，当收到分断命令后，控制晶闸管模块VT2和晶闸管组件VT3导通，预充有一定电压的转移电容C向原边线圈L1放电，通过感应在副边线圈L2产生电流，实现电流从机械开关向转移支路的转移，全部转移完成后，控制高速开关模块分断；在第三步骤中，随着系统不断地给电容C充电，达到金属氧化物避雷器MOV的导通电压后，金属氧化物避雷器MOV导通，电流迅速转移至金属氧化物避雷器MOV，晶闸管模块VT2截止，系统电流迅速下降至零，开断结束。本专利技术中，由于将部分系统电感放在了断路器内部，在不同短路电流上升情况下转移电容C均可以实现快速自储能。直流断路器可以在不同短路电流上升情况下实现转移电容C的快速自储能以及高速机械开关断口电流的可靠转移。由于转移电容C不再需要预充电，因此辅助电源回路设计大大简化，额定电流及小电流分断是通过磁耦合模块实现的，由于额定电流峰值小，对磁耦合模块的设计要求低，易于实现。在短路故障开断和额定电流及小电流开断过程中，电流均可快速从高速机械开关支路转移至转移支路，高速机械开关可以实现无弧开断。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的基于电容自充电的电流注入式直流断路器的结构示意图；图2(a)至图2(e)是根据本专利技术一个实施例的基于电容自充电的电流注入式直流断路器短路故障开断过程示意图；图3(a)至图3(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电容自充电的电流注入式直流断路器，所述直流断路器由高速开关模块、磁耦合转移模块MICCM、晶闸管模块VT1和VT2、电感L0、转移电容C和金属氧化物避雷器MOV组成，其特征在于：连接在连接点2和连接点3之间的高速开关模块由多个高速开关串联组成，磁耦合转移模块MICCM由原边线圈L2、副边线圈L1、电容C1、晶闸管组件VT3组成，其中，副边线圈L1连接在连接点4和连接点5之间，原边线圈L2连接在连接点6和连接点7之间，连接在连接点6和连接点7之间的电容C1及晶闸管组件VT3串联后与原边线圈L2并联形成回路，连接在连接点1和连接点4之间的晶闸管模块VT1为两组晶闸管反并联结构，连接在连接点3和连接点5之间的晶闸管模块VT2为两组晶闸管反并联结构，连接在连接点1和连接点4之间的所述电感L0将一部分系统电感放在直流断路器内部，转移电容C连接在连接点2和连接点4之间，金属氧化物避雷器MOV连接在连接点2和连接点3之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容自充电的电流注入式直流断路器，所述直流断路器由高速开关模块、磁耦合转移模块MICCM、晶闸管模块VT1和VT2、电感L0、转移电容C和金属氧化物避雷器MOV组成，其特征在于：连接在连接点2和连接点3之间的高速开关模块由多个高速开关串联组成，磁耦合转移模块MICCM由原边线圈L2、副边线圈L1、电容C1、晶闸管组件VT3组成，其中，副边线圈L1连接在连接点4和连接点5之间，原边线圈L2连接在连接点6和连接点7之间，连接在连接点6和连接点7之间的电容C1及晶闸管组件VT3串联后与原边线圈L2并联形成回路，连接在连接点1和连接点4之间的晶闸管模块VT1为两组晶闸管反并联结构，连接在连接点3和连接点5之间的晶闸管模块VT2为两组晶闸管反并联结构，连接在连接点1和连接点4之间的所述电感L0将一部分系统电感放在直流断路器内部，转移电容C连接在连接点2和连接点4之间，金属氧化物避雷器MOV连接在连接点2和连接点3之间。2.根据权利要求1所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器，其特征在于：优选的，所述高速开关为基于电磁斥力机构的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于永磁机构的高速机械开关。3.根据权利要求1所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器，其特征在于：晶闸管模块VT1替换为真空触发间隙。4.根据权利要求1所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器，其特征在于：晶闸管模块VT2替换为真空触发间隙。5.根据权利要求1所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器，其特征在于：原边线圈L2连接桥式电路。6.根据权利要求5所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器，其特征在于：所述桥式电路由晶闸管组件VT3、晶闸管组件VT4、二极管VD1、二极管VD2和电容C1共同组成。7.根据权利要求1所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器，其特征在于：连接在连接点2和连接点3之间的高速开关模块由三个高速开关串联组成。8.根据权利要求1所述的基于电容自充电的电流注入式直流断路器，其特征在于：晶闸管模块VT1和晶闸...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴益飞，吴翊，杨飞，荣命哲，纽春萍，胡杨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61